[发明专利]一种基于单幅图像的三维数字凹浮雕生成方法

说明书

本发明公开了一种基于单幅图像的三维数字凹浮雕生成方法，其具体步骤是：提取特征线条：获取一幅原始图像，提取原图的特征线条图，并去除特征线条图的散点；锐化增强：对原始图像光滑处理进而对图像进行锐化增强；局部信息增强：结合特征线条图，对锐化增强后的图像与特征线条图相对应的部分进行增强处理；差分运算：对局部信息增强后的图形进行差分运算获得二维的凹浮雕图像；三角化：将二维的凹浮雕图像转化为以三角网格表示的三维模型，最终实现凹浮雕模型的生成。本发明不限定特定图像，更具有灵活性；简化了浮雕生成的算法过程；得到的凹浮雕模型中的刻线更连续、更光滑。

技术领域

本发明属于计算机图形学技术领域，具体涉及一种基于单幅图像的三维数字凹浮雕生成方法。

背景技术

浮雕是在平面或曲面上雕刻出凹凸起伏形状的一种造型艺术，是一种介于雕塑和平面绘画之间的独特艺术形式。现在工业生产中，浮雕具有广泛的应用，如：用于产品铭牌、建筑装饰、钱币等领域，具有标志、装饰、叙事等功能。按照空间结构和用途的不同，浮雕可以分为高浮雕、浅浮雕和凹浮雕三种类型。其中凹浮雕是将图案刻入基平面中，其所占空间最小。

目前，数字浮雕生成的方法主要有两大类：基于三维网格模型和基于图像的方法。基于三维网格模型的方法通常是对三维模型在给定视觉方向上进行深度压缩，但由于浮雕在较小的空间结构上具有丰富的细节信息，直接压缩会丢失细节信息，因而压缩时需要考虑细节信息的保持与增强，这会大大增加求解过程的复杂程度。由于三维模型的获取需要特定和昂贵的设备以及大量的人工，限制了该方法的应用范围。目前，基于图像的方法主要研究的是浅浮雕的生成，针对凹浮雕生成的研究还比较匮乏，并且多数方法是针对特定类型的图像的，如人脸图像、浮雕图像等，对于任意图像生成浮雕的研究还较少，因此提出一种无需大量计算就能够生成效果较好的凹浮雕方法意义重大。

发明内容

针对上述存在的技术不足，本发明的目的是提供一种基于单幅图像的三维数字凹浮雕生成方法，以解决现有技术中存在的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

本发明提供一种基于单幅图像的三维数字凹浮雕生成方法，基于单幅图像的三维数字凹浮雕生成方法的具体步骤是：

步骤一、提取特征线条：

S1、将原始图像的图像矩阵I导入到以x、y为坐标轴的坐标系中，图像中每个像素点的位置为(i，j)，每个像素点的像素值为I(i,j)；

S2、对图像应用形态学开运算和闭运算，以减少图像中的噪声点并平滑边缘；

S3、使用加权平均法将应用形态学开运算和闭运算处理得到的图像矩阵I转化为灰度图像，同时通过一个利用sin函数的线性变换S将图像中每个像素点的像素值转换到0-m范围内，以方便确定像素差的范围，具体公式如下：

S(I(i,j))＝m*sin(I(i,j)) (1)，

其中，m为大于零的常数，I(i,j)为像素点的像素值，S(I(i,j))为I(i,j)经过sin函数的线性变换S得到的像素值；

S4、设置阈值t，逐行逐列扫描图像，将除边界点外的其他点的像素值分别与其周围的8个邻接点的像素值进行比较，若存在一个比较差值大于阈值t，则判定该点为特征线条上的点，并将其像素值设为0，若比较差值均小于阈值t，则判定该点不在特征线条上，并将其像素值设为255；调节阈值得到一个相对较好的特征线条图；特征线条图上的点满足：

I(i,j)-I(a,b)t (2)，

其中，a表示邻接点的行号，取值为i-1和i+1；b表示邻接点的列号，取值为j-1和j+1；其中，t取值范围在0.3-2.5之间，不同的图像阈值t取值不同；